GCSD：支持全球海岸带可持续发展评估的高分辨率综合指标数据库

《Scientific Data》：GCSD: A comprehensive coastal indicators database for global coastal sustainable development assessment

本刊推荐：针对海岸带可持续发展评估中数据分散、空间尺度不一、指标不整合等挑战，研究人员开发了全球海岸带可持续发展(GCSD)指标数据库。该研究整合多源开放数据，构建了1公里高分辨率标准化框架，首次在过程相关尺度上衔接海岸带压力、社会经济暴露和生态阈值，为SDGs和LOICZ等全球倡议提供可复制评估工具，显著提升海岸带适应性管理能力。

　　

在全球气候变化和人类活动双重压力下，占世界人口40%的海岸带区域正面临前所未有的可持续发展挑战。尽管联合国可持续发展目标(SDGs)和海岸带陆海相互作用(LOICZ)等全球倡议强调海岸带可持续性，但现有评估仍受限于数据碎片化、空间尺度不一致以及指标不整合等问题。传统以国家为单位的评估难以捕捉海岸带生态过程和人为压力的空间异质性，而分散在不同数据库中的海岸带数据又存在标准不一、质量控制差异和语义互操作性障碍。

针对这一研究空白，由中国科学院空天信息创新研究院数字地球科学重点实验室张丽、陈博为等研究人员组成的团队，在《Scientific Data》上发表了题为"GCSD: A comprehensive coastal indicators database for global coastal sustainable development assessment"的研究论文。该研究构建了全球海岸带可持续发展(GCSD)指标数据库，这是一个标准化、高分辨率(1公里)的评估框架，首次在过程相关尺度上衔接了海岸带压力、社会经济暴露和生态阈值，为全球海岸带可持续管理提供了重要工具。

研究方法的核心包括四个阶段：基于文献回顾建立海岸带可持续发展框架；填充适当指标；基于分辨率、准确性和覆盖范围筛选最合适的数据源；在稳健一致的方式下使用标准高分辨率网格提取指标。研究团队将海岸带定义为海岸线向内陆100公里缓冲区延伸至100米等深线的海域，排除大型内陆湖泊和格陵兰、南极海岸线，建立了全球统一的评估单元。

指标体系构建基于强可持续性理念，从海岸带压力、环境与资源、人类与社会三个维度系统评估人类社会经济活动在海岸带压力背景下是否超过生态系统的承载能力。通过系统检索Web of Science和Scopus等多学科数据库中2000-2025年间的455篇相关文献，研究团队确立了包含12个子维度的综合框架，最终筛选出65个海岸带指标，均来源于开放获取的全球空间数据集。

关键技术创新体现在三个方面：采用统一的海岸带定义和1公里网格系统，克服了传统评估中的尺度不匹配问题；开发了针对栅格、矢量和剖面数据的不同提取方法，确保多源异构数据的一致性和可比性；建立了透明可复制的指标构建协议，保证数据质量的可靠性。

数据记录与可用性

GCSD数据库采用三级数据组织架构：Level-0包含指标构建原始输入数据集的元数据；Level-1包含经过海岸带掩膜、投影转换和预处理的数据产品；Level-2包含按三个维度分组的最终指标数据。所有空间数据均采用Mollweide投影(EPSG:54009)，以TIFF格式提供，确保全球空间一致性和可比性。GCSD和GCSDv2.0均可在Zenodo平台免费获取。

海岸带压力维度评估结果

海岸带压力维度涵盖陆基压力、渔业压力、气候变化压力和海洋压力四个子维度。陆基压力包括营养盐污染、有机污染、无机污染等6个主要问题；渔业压力通过7个捕捞和水产养殖类别进行空间显性评估；气候变化压力通过海表温度异常、海洋酸化、海平面上升等长期增量指标衡量；海洋压力涵盖商业航运、海底结构和入侵物种等物理、化学和生物影响。

技术验证显示，GCSD海岸带压力指标与Halpern等人开发的累积人类影响(CHI)数据具有高度一致性，其中光照污染指标的一致性最高(R²=0.91)，海表温度(R²=0.89)、营养盐污染(R²=0.86)和直接人类压力(R²=0.86)也表现出高度一致性，海平面上升指标的一致性相对较低(R²=0.81)，这反映了长期海平面预测模型的不确定性。

环境与资源维度评估结果

环境与资源维度通过陆地、海岸和海洋三个子维度评估海岸带生态系统的支撑能力。陆地子维度包括地形、土地利用和生物多样性指标；海岸子维度涵盖海洋生态系统、海岸保护、海岸线类型和气候指标；海洋子维度关注水文学和生物地球化学影响。

在地形指标方面，GCSD与全球海岸带特征(GCC)数据集表现出高度一致性，其中闭合深度指标的一致性最高(R²=0.89)。水动力指标如平均高高潮位(MHHW)、平均低低潮位(MLLW)和风暴潮位等与GCC数据的一致性系数均超过0.95，平均波向指标的一致性相对较低(R²=0.88)，这主要源于海洋边界定义方法的差异。

人类与社会维度评估结果

人类与社会维度评估关键基础设施、生计与经济、食物、能源和水五个子维度。关键基础设施选择交通要素和土地利用强度作为指标；生计与经济以国内生产总值(GDP)和人口为核心指标；食物通过耕地分布、产量和水产养殖表征；能源通过发电量和清洁能源使用反映；水通过利用效率、淡水储备和水质评估。

内部一致性分析显示，社会经济活动相关指标间存在显著正相关，但相关强度差异较大。人均GDP与电力消费的相关系数达0.85，反映了它们与工业化、服务业增长和能源密集型经济活动的共同联系。而铁路密度与光照污染(r=0.08)和人口密度(r=0.07)的相关性很弱，这反映了沿海地区交通基础设施发展的区域差异。基础设施指标的空间匹配度超过99%，显示了卓越的位置准确性。

讨论与结论

GCSD数据库通过整合多学科、多来源的空间数据，在统一的高分辨率空间网格下系统描述了海岸带压力、环境与资源、人类与社会状况，为全球海岸带可持续发展监测提供了先进的技术方法和坚实的数据基础。该研究的创新性主要体现在三个方面：建立了首个明确整合可持续发展概念的海岸带指标数据库；解决了传统评估中的尺度不匹配问题；提供了可复制、可比较的标准化框架。

然而，该研究也存在一定局限性。指标选择主要基于空间数据可得性，可能无法涵盖海岸带可持续发展的所有方面，如贫困、教育和健康等关键维度因数据限制而未纳入。海岸带的高度动态特性可能导致网格位置和数量的代表性不足，而社会经济数据受行政边界和政策影响较大，网格化提取方法可能引入不确定性。

尽管存在这些限制，GCSD数据库在海岸带脆弱性研究、水-食物-能源关联评估、海岸带灾害影响分析等方面具有广泛的应用潜力。数据库提供的海岸带地形指标可作为海岸防护水平和海平面上升引起的海岸线后退的代表，海岸类型学可确定其对环境力和未来气候变化的脆弱性，而水-食物-能源维度指标可填补现有关联关系研究的数据空白。

该研究通过建立透明、可复制的数据协议，确保了海岸带可持续发展评估的一致性和可靠性，为实现可持续发展目标提供了重要的科学数据支持。随着地球观测技术和计算能力的不断发展，GCSD数据库有望持续更新和完善，为全球海岸带可持续管理提供更精准、更及时的科学依据。